DE112009000551T5 - Exhaust line with a reagent injection device - Google Patents
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Abstract
Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Abgasstrang (1) folgendes umfasst:
– eine Leitung (3) mit einem Einspritzabschnitt (7), wobei der Einspritzabschnitt (7) einen internen Kanal (17) zur Zirkulation eines Abgasflusses umfasst, der durch eine Seitenwand (13) begrenzt ist und ein stromaufwärtsseitiges und ein stromabwärtsseitiges Ende (19, 21) aufweist, wobei der Abgasfluß zentrale Abgasströme (27) in einem zentralen Bereich des internen Kanals (17) und periphere Abgasströme (29) in der Nähe der Seitenwand (13) umfasst;
– eine Reagenz-Einspritzeinrichtung (5), die auf dem Einspritzabschnitt (7) montiert ist und in der Lage ist, gemäß einer Einspritzrichtung (F1) ein Reagenz in den internen Kanal (17) zu spritzen;
dadurch gekennzeichnet, dass der interne Kanal (17) des Einspritzabschnitts (7) eine zentrale Linie L1 aufweist, die sich von dem stromaufwärtsseitigen Ende (19) bis zum stromabwärtsseitigen Ende (21) erstreckt, wobei die Leitung (3) derart ausgebildet ist, dass die zentralen Abgasströme (27) vom stromaufwärtsseitigen Ende (19) bis zum...Exhaust line of a motor vehicle, wherein the exhaust line (1) comprises:
A conduit (3) having an injection section (7), the injection section (7) comprising an internal channel (17) for circulating an exhaust gas flow which is delimited by a side wall (13) and an upstream and downstream end (19, 21), the exhaust gas flow including central exhaust gas streams (27) in a central region of the internal channel (17) and peripheral exhaust gas streams (29) in the vicinity of the side wall (13);
- a reagent injector (5) mounted on the injection portion (7) and capable of injecting a reagent into the internal passage (17) according to an injection direction (F1);
characterized in that the internal passage (17) of the injection portion (7) has a central line L1 extending from the upstream end (19) to the downstream end (21), the conduit (3) being formed such that the central exhaust gas streams (27) from the upstream end (19) to the ...
Description
Die Erfindung betrifft allgemein Abgasstränge von Kraftfahrzeugen, die mit Einrichtungen zur Einspritzung von Reagenzien wie z. B. Harnstoff ausgerüstet sind.The The invention relates generally to exhaust gas trains of motor vehicles, with the facilities for injection of reagents such. B. Urea are equipped.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit:
- – einer Leitung, die einen Einspritzabschnitt umfasst, wobei der Einspritzabschnitt einen internen Kanal zur Zirkulation eines Abgas-Flusses umfasst, der durch eine Seitenwand begrenzt ist und ein stromaufwärtsseitiges Ende und ein stromabwärtsseitiges Ende aufweist, wobei der Abgasfluß zentrale Abgasströme in einem zentralen Bereich des internen Kanals und periphere Abgasströme in der Nähe der Seitenwand aufweist,
- – einer Reagenz-Einspritzeinrichtung, die auf dem Einspritzabschnitt montiert ist und dazu geeignet ist, ein Reagenz gemäß einer Einspritzrichtung in den internen Kanal zu spritzen.
- A conduit including an injection section, the injection section comprising an internal passage for circulating an exhaust flow delimited by a side wall and having an upstream end and a downstream end, the exhaust flow having central exhaust flows in a central region of the internal one Having ducts and peripheral exhaust flows near the sidewall,
- A reagent injector mounted on the injection portion and adapted to inject a reagent into the internal passage in accordance with an injection direction.
Ein solcher Abgasstrang ist dazu vorgesehen, einen Verbrennungsmotor auszustatten, z. B. einen Dieselmotor. Er umfasst einen Katalysator, der dazu bestimmt ist, die Reduktion der Stickstoffoxyde durchzuführen, wobei der Einspritzpunkt stromaufwärts des Katalysators liegt. Die Einspritzeinrichtung ist dazu vorgesehen, Harnstoff in den Abgasstrang einzuspritzen, wobei der Harnstoff darauffolgend zwei chemischen Reaktionen unterzogen wird, die Thermolyse und die Hydrolyse, und sich in Ammoniak umwandelt. Wenn die Abgase eine bestimmte Temperatur erreichen, reagiert im Herzen des Katalysators das Ammoniak chemisch mit den Stickstoffoxyden, wobei diese zu Wasser und Stickstoff reduziert werden.One such exhaust system is intended to be an internal combustion engine equip, for. B. a diesel engine. It includes a catalyst, which is intended to carry out the reduction of nitrogen oxides, wherein the injection point upstream of the catalyst lies. The injector is intended to urea in Inject the exhaust line, the urea subsequently two subjected to chemical reactions, thermolysis and hydrolysis, and turns into ammonia. When the exhaust gases have a certain temperature At the heart of the catalyst, the ammonia reacts chemically with the nitrogen oxides, which reduces to water and nitrogen become.
Die
Eine solche Anordnung erzeugt einen hohen Gegendruck im Abgasstrang, der dem Betrieb des Motors abträglich ist.A such arrangement generates a high back pressure in the exhaust gas line, which is detrimental to the operation of the engine.
Außerdem werden die eingespritzten Reagenztropfen durch die Abgase in Drehung versetzt und gegen die Wände der Abgasleitung zentrifugiert. In bestimmten Fällen können sich Ablagerungen bilden und eine vorzeitige Oxidation der Wände der Abgasleitung nach sich ziehen, was bis zur Durchlöcherung gehen kann.Furthermore The injected reagent drops are rotated by the exhaust gases offset and centrifuged against the walls of the exhaust pipe. In In certain cases, deposits can form and a premature oxidation of the walls of the exhaust pipe that can go to the point of perforation.
In diesem Kontext zielt die Erfindung darauf ab, einen Abgasstrang vorzuschlagen, dessen Betrieb zufriedenstellender ist.In In this context, the invention aims to provide an exhaust system to propose, whose operation is more satisfactory.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Abgasstrang der eingangs erwähnten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der interne Kanal des Einspritzabschnitts eine zentrale Linie aufweist, die sich vom stromaufwärtsseitigen Ende zum stromabwärtsseitigen Ende erstreckt, wobei die Leitung so ausgebildet ist, dass die zentralen Abgasströme vom stromaufwärtsseitigen Ende zum stromabwärtsseitigen Ende des internen Kanals im wesentlichen parallel zur zentralen Linie zirkulieren, wobei der Abgasstrang außerdem Mittel umfasst, um wenigstens einigen der peripheren Ströme eine Bewegung durch den internen Kanal zu verleihen, die sich um eine Rotationsachse dreht, die im Verhältnis zur Einspritzachse leicht geneigt ist.To For this purpose, the invention relates to an exhaust system of the beginning mentioned type, which is characterized in that the internal channel of the injection section has a central line, extending from the upstream end to the downstream side End, wherein the conduit is formed so that the central Exhaust gas flows from the upstream end to downstream end of the internal channel substantially circulating parallel to the central line, the exhaust line also comprises means to at least some of the peripheral Currents to impart movement through the internal channel, which rotates about an axis of rotation, in proportion Slightly inclined to the injection axis.
Der Abgasstrang kann eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder gemäß aller technisch möglichen Kombinationen zu betrachten sind:
- – Der Einspritzabschnitt umfasst eine Ausbuchtung, die gegenüber der Seitenwand hervorsteht und eine Einspritzkammer definiert, die mit dem internen Kanal kommuniziert, und wobei die Ausbuchtung eine Einspritzöffnung aufweist, und wobei die Einspritzeinrichtung dazu geeignet ist, ausgehend von der Einspritzöffnung gemäß der Einspritzrichtung das Reagenz in den internen Kanal zu spritzen.
- – Die Mittel, um wenigstens einigen der peripheren Ströme eine Drehbewegung zu verleihen, umfassen eine Schnecke.
- – Die Schnecke umfasst einen schraubenförmigen Abschnitt, der durch die Ausbuchtung getragen wird, mit einer Achse, die gegenüber der Einspritzrichtung leicht geneigt ist.
- – Die Achse des schraubenförmigen Abschnitts bildet einen Winkel von weniger als 30° gegenüber der Einspritzrichtung.
- – Die Schnecke umfasst einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt, der durch die Seitenwand getragen wird, wobei der Einspritzabschnitt eine Durchgangsfläche aufweist, die senkrecht zum stromaufwärtsseitigen Abschnitt der Schnecke größer ist als am stromaufwärtsseitigen Ende des internen Kanals.
- – Die Einspritzrichtung und die zentrale Linie des internen Kanals schneiden sich.
- – Die zentrale Linie ist eine Gerade.
- – Die Leitung umfasst einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt und einen stromabwärtsseitigen Abschnitt, wobei jeweils der stromaufwärtsseitige und der stromabwärtsseitige Abschnitt stromaufwärtsseitige und stromabwärtsseitige interne Kanäle umfassen, die direkt mit dem stromaufwärtsseitigen und stromabwärtsseitigen Ende des internen Kanals des Einspritzabschnitts kommunizieren, wobei der stromaufwärtsseitige und stromabwärtsseitige interne Kanal zentrale Linien aufweisen, die gerade sind.
- – Der Abgasstrang umfasst einen Katalysator zur Reduktion der Stickstoffoxyde, der stromabwärts des Einspritzabschnitts liegt.
- The injection portion includes a protrusion protruding from the side wall and defining an injection chamber communicating with the internal channel, and the protrusion having an injection port, and the injector adapted to receive the reagent from the injection port according to the injection direction to inject the internal channel.
- The means for imparting a rotary motion to at least some of the peripheral streams comprise a screw.
- - The worm comprises a helical portion, which is supported by the bulge, with an axis which is slightly inclined with respect to the injection direction.
- - The axis of the helical section forms an angle of less than 30 ° with respect to the injection direction.
- The screw comprises an upstream-side portion which is supported by the side wall, wherein the injection portion has a passage area which is larger perpendicular to the upstream-side portion of the screw than at the upstream-side end of the internal channel.
- - The injection direction and the central line of the internal channel intersect.
- - The central line is a straight line.
- The conduit comprises an upstream-side portion and a downstream-side portion, wherein each of the upstream-side and downstream-side portions has upstream and downstream internal Ka include channels that communicate directly with the upstream and downstream ends of the internal channel of the injection section, the upstream and downstream side internal channels having central lines that are straight.
- The exhaust line comprises a catalyst for reducing the nitrogen oxides, which is located downstream of the injection section.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die nur beispielhaft und in keiner Weise beschränkend angegeben ist, im Hinblick auf die angefügten Zeichnungen, in denen:Other Features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, by way of example only and not limiting in any way with reference to the attached drawings, in which:
In der folgenden Beschreibung versteht sich stromaufwärts und stromabwärts relativ zur normalen Zirkulationsrichtung der Abgase.In The following description is upstream and downstream relative to the normal circulation direction the exhaust gases.
Der
Abgasstrang
Die
Leitung
Die
Abschnitte
Die
Einspritzeinrichtung
Wie
es in der
Die
Ausbuchtung
Die
Ausbuchtung
Die Einspritzrichtung ist aus der Sicht des internen Kanals von stromaufwärts nach stromabwärts und radial von außen nach innen gerichtet.The Injection direction is from upstream of the internal channel downstream and radially from outside to inside directed.
Der
interne Kanal
Die
Abschnitte
Wie
es in der
Um
eine Rotationsbewegung in der Einspritzkammer zu erzeugen, umfasst
der Abgasstrang Mittel
Die
Mittel
Die
Schnecke
Der
Teil
Der
Teil
Der
schraubenförmige Teil
Es wird nun die Funktionsweise des oben beschriebenen Abgasstrangs ausgeführt.It Now the operation of the exhaust line described above executed.
Dank eines Stickstoffoxydfühlers bestimmt der Steuerrechner des Abgasstrangs die erforderliche Menge an Harnstofflösung, die, nachdem sie in Ammoniak umgewandelt wurde, die Stickstoffoxyde in dem dafür bestimmten Katalysator reduzieren wird.thanks a nitric oxide sensor determines the control computer the exhaust line the required amount of urea solution, which, after being converted to ammonia, the nitrogen oxides in to reduce the specific catalyst.
Die
Einspritzeinrichtung
Die
von dem Abgaskrümmer gesammelten Abgase werden bis zum
stromaufwärtsseitigen Abschnitt
Wie
es aus der
Im
Gegensatz dazu werden die sich gegenüber des stromaufwärtsseitigen
Teils
Die
in die Schnecke
So
wird um den Tröpfchenkegel ein Gasmantel erzeugt, der die
Flüssigkeitströpfchen daran hindert, die Wände
der Ausbuchtung
Im übrigen
werden die eingespritzten Flüssigkeitströpfchen
um die Einspritzrichtung herum durch die schraubenförmige
Wirbelbewegung der Gasströme mitgenommen, insbesondere
die leichtesten Tröpfchen. Die Tröpfchen werden
zu den zentralen Abgasströmen hingeführt. Diese
zentralen Ströme zirkulieren parallel zur zentralen Linie
L1 und neigen also nicht dazu, in zentrifugaler Weise die Tröpfchen
auf die Seitenwand
Weiterhin verhindert die schraubenförmige Bewegung der peripheren Abgasströme um die Einspritzrichtung herum die Ausbildung eines Vortex im Inneren der Ausbuchtung. In der Tat könnte sich in Abwesenheit dieser schraubenförmigen Zirkulation der peripheren Gasströme in der Ausbuchtung ein Abgasvortex ausbilden, der sich um eine Achse dreht, die senkrecht zur allgemeinen Zirkulationsrichtung der Abgase verläuft, d. h. zur zentralen Linie L1. Dieser Vortex neigt dazu, die Flüssigkeitströpfchen an die Innenwände der Einspritzkammer zu schleudern und Ablagerungen zu erzeugen. Feste Amalgame können sich innerhalb der Ablagerungen ausbilden, die aus Harnstoff und Harnstoffzersetzungsprodukten, durch Kristallisation, bestehen. Diese Ablagerungen weisen eine starke Adhesion auf und können langfristig dem zuverlässigen Betrieb der Einspritzeinrichtung entgegenwirken.Farther prevents the helical movement of the peripheral Exhaust gas flows around the injection direction around the training a vortex inside the bulge. In fact, could in the absence of this helical circulation the peripheral gas flows in the bulge an exhaust vortex form, which rotates about an axis perpendicular to the general Circulation direction of the exhaust gases runs, d. H. to the central Line L1. This vortex tends to contact the liquid droplets the inner walls of the injection chamber to spin and deposits to create. Solid amalgams can accumulate within the deposits consisting of urea and urea decomposition products, by crystallization. These deposits have a strong adhesion and can be reliable in the long term Counteract operation of the injector.
Weiterhin sind einige Harnstoff-Zersetzungsprodukte (Zyan- oder Isozyansäure, Ammelid, Ammelin, ...) sehr sauer und können eine starke Korrosion der Wände der Einspritzkammer auslösen.Farther are some urea decomposition products (cyanic or isocyanic acid, Ammelid, Ammelin, ...) very angry and can make a strong Corrosion of the walls of the injection chamber trigger.
Der oben beschriebene Abgasstrang hat noch weitere Vorteile.Of the The exhaust system described above has even more advantages.
Die Leitung kann auf einfache Weise erhalten werden, insbesondere durch Formguss des Einspritzabschnitts.The Line can be obtained in a simple manner, in particular by Casting of the injection section.
Die
Stärke der schraubenförmigen Bewegung der Gase
um die Einspritzrichtung herum kann leicht kalibriert werden. Dazu
muss man lediglich den internen Querschnitt der Schnecke im Verhältnis
zur Durchgangsfläche des internen Kanals anpassen. Auf
diese Weise erfasst man in der Schnecke einen mehr oder weniger
größeren Teil der Abgase. Zum Beispiel hat der
schraubenförmige Teil
Der Abgasstrang kann in zahlreichen Varianten vorgesehen sein.Of the Exhaust line can be provided in numerous variants.
Die Schnecke kann sich im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um die Einspritzrichtung herumwickeln.The Snail can turn clockwise or counterclockwise wrap around the injection direction.
Der
Teil
In jedem Falle hat bei der bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung die Schnecke generell eine Schneckenform, mit einer im Verhältnis zur Einspritzrichtung leicht geneigten Achse.In each case has in the preferred embodiment of the invention the snail generally a snail shape, with one in proportion to the injection direction slightly inclined axis.
Die Einspritzeinrichtung kann anstelle von Harnstoff eine andere Reagenzflüssigkeit einspritzen, z. B. Kraftstoff.The Injector may instead of urea another reagent liquid inject, z. B. fuel.
Die
Einspritzeinrichtung
Die zentralen Linien L1, L2 und L3 des Einspritzabschnitts, des stromaufwärtsseitigen Abschnitts und des stromabwärtsseitigen Abschnitts können, wie oben beschrieben, in einer Flucht sein. Alternativ können die jeweiligen zentralen Linien des stromaufwärtsseitigen und stromabwärtsseitigen Abschnitts zueinander angewinkelt sein. Ebenso kann die zentrale Linie des Einspritzabschnitts mit der zentralen Linie des stromabwärtsseitigen Abschnitts und/oder der zentralen Linie des stromaufwärtsseitigen Abschnitts einen Winkel ausbilden.The central lines L1, L2 and L3 of the injection portion, the upstream-side portion and the downstream-side portion may be in alignment as described above. Alternatively, the respective central lines of the upstream and downstream side Ab be angled in relation to each other. Also, the center line of the injection portion may form an angle with the central line of the downstream-side portion and / or the central line of the upstream-side portion.
Die zentrale Linie des Einspritzabschnitts ist nicht zwangsläufig gerade, sondern kann einen oder mehrere leicht gekrümmte Abschnitte umfassen.The central line of the injection section is not inevitable straight, but may have one or more slightly curved Sections include.
Der Einspritzabschnitt kann eine oder mehrere Verengungen und eine oder mehrere Ausweitungen umfassen.Of the Injection section may have one or more constrictions and one or more several extensions.
Bei einer nicht bevorzugten Ausführungsform schneidet die Einspritzrichtung nicht die zentrale Linie des Einspritzabschnitts.at a non-preferred embodiment cuts the injection direction not the central line of the injection section.
Es
wird an dieser Stelle unter Einspritzabschnitt der Leitungsabschnitt
verstanden, der sich stromaufwärts bis zum Ende des stromaufwärtsseitigen
Teils
ZusammenfassungSummary
Abgasstrang mit einer Reagenz-EinspritzeinrichtungExhaust line with a reagent injection device
Der
Abgasstrang umfasst: eine Leitung (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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